【導讀】在構建多層陶瓷電容器（MLCC）時
，電氣工程師們通常會根據應用選擇兩類電介質——1類
，非鐵電材料介質，如C0G/NP0
；2類，鐵電材料介質，如X5R和X7R。它們之間的關鍵區別在於，隨著電壓和溫度的提升，電容是否還具備良好的穩定性。

在構建多層陶瓷電容器（MLCC）時，電氣工程師們通常會根據應用選擇兩類電介質——1類
，非鐵電材料介質，如C0G/NP0；2類
，鐵電材料介質，如X5R和X7R。它們之間的關鍵區別在於

，隨著電壓和溫度的提升，電容是否還具備良好的穩定性。對於1類電介質，當施加直流電壓

、工作溫度上升時，容值保持穩定；2類電介質具有較高的介電常數（K），但在溫度、電壓、頻率變化的情況下以及隨著時間的推移，容值不太穩定。

雖然可以通過各類設計變更來提高容值

，例如改變電極層的表麵積
、層數、K值或兩個電極層之間的距離，但當施加直流電壓時，2類電介質的容值最終仍會急劇下降。這是由於一種叫做直流偏壓現象的存在，導致2類鐵電配方在施加直流電壓時最終會出現介電常數的下降。

對於較高K值的介質材料，直流偏壓的影響可能更嚴重，電容器有可能損失高達90%甚至更多的容值，如圖1所示。

圖1. X7R電容的電壓變化曲線

材料的介電強度，即一定厚度的材料所能承受的電壓，也能改變直流偏壓對電容器的影響。在美國，介電強度通常以伏特/密耳為單位（1密耳等於0.001英寸）
，在其他地方則以伏特/微wei米mi為wei單dan位wei，它ta由you電dian介jie質zhi層ceng的de厚hou度du決jue定ding。因yin此ci
，具ju有you相xiang同tong容rong值zhi和he額e定ding電dian壓ya的de不bu同tong電dian容rong器qi由you於yu各ge自zi不bu同tong的de內nei部bu結jie構gou

，其qi性xing能neng表biao現xian可ke能neng存cun在zai較jiao大da差cha異yi。

值得注意的是
，當施加的電壓大於材料的介電強度時，火花將穿過材料
，導致潛在的點火或小規模的爆炸風險。

直流偏壓如何產生的實際案例

如ru果guo把ba工gong作zuo電dian壓ya導dao致zhi的de容rong值zhi變bian化hua與yu溫wen度du變bian化hua結jie合he起qi來lai考kao慮lv，那na麼me我wo們men會hui發fa現xian在zai特te定ding應ying用yong溫wen度du和he直zhi流liu電dian壓ya下xia，電dian容rong的de容rong值zhi損sun失shi會hui更geng大da。以yi某mouX7R材質的MLCC為例，其容值為0.1μF
，額定電壓為200VDC

，內部層數為35，厚度為1.8密耳（0.0018英寸或45.72微米）
，這意味著在200VDC下工作時，電介質層隻經曆111伏/密耳或4.4伏/微米。粗略計算，VC將為-15%。如果電介質的溫度係數為±15%ΔC，VC為-15%ΔC
，那麼最大的TVC為+15%-30%ΔC。

造成這種變化的原因在於所使用的2類材料的晶體結構——在該案例中為鈦酸鋇（BaTiO3）。該(gai)材(cai)料(liao)在(zai)達(da)到(dao)居(ju)裏(li)溫(wen)度(du)或(huo)以(yi)上(shang)時(shi)，具(ju)有(you)立(li)方(fang)體(ti)的(de)晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)。然(ran)而(er)，當(dang)溫(wen)度(du)恢(hui)複(fu)到(dao)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)時(shi)
，由(you)於(yu)溫(wen)度(du)降(jiang)低(di)使(shi)材(cai)料(liao)的(de)結(jie)構(gou)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)極(ji)化(hua)。極(ji)化(hua)的(de)發(fa)生(sheng)不(bu)需(xu)要(yao)任(ren)何(he)外(wai)部(bu)電(dian)場(chang)或(huo)壓(ya)力(li)，這(zhe)被(bei)稱(cheng)為(wei)自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)或(huo)鐵(tie)電(dian)性(xing)。當(dang)在(zai)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下(xia)對(dui)材(cai)料(liao)施(shi)加(jia)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)時(shi)

，自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)與(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)場(chang)方(fang)向(xiang)相(xiang)連(lian)，並(bing)發(fa)生(sheng)自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)的(de)逆(ni)轉(zhuan)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)容(rong)值(zhi)減(jian)少(shao)。

如今，即使有了各式各樣的設計工具來提高容值
，但由於直流偏壓現象的存在，當施加直流電壓時，2類電介質的容值仍會大幅度地降低。因此

，為了確保應用的長期可靠性，您選擇MLCC時，除了需要考慮MLCC的額定容值，還需將直流偏壓對元件的影響納入考量。

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